Минеральный состав клинкера





 

Основные минералы клинкера: алит, белит, трехкальциевый алюминат и целит (см. табл. 9.1).

Таблица 9.1

Наименование Формула Сокращенное обозначение Примерное содержание в клинкере,%
Алит (трехкальциевый силикат) 3CaO×SiO2 C3S 45-60
Белит (двухкальциевый силикат) 2CaO×SiO2 C2S 20-30
Трехкальциевый алюминат 3CaO×Al2O3 C3A 4-12
Целит (четырехкальциевый алюмоферрит) 4CaO×Al2О3×Fe2O3 C4AF 10-20

Алит - самый важный минерал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45…60%. Он быстро твердеет и набирает высокую прочность, интенсивно выделяет тепло. Алит представляет собой твердый раствор трехкальциевого силиката и небольшого количества (2…4%) MgO, Al2O3, P2O5, Cr2O3 и других примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства минерала.

Белит - второй по важности и содержанию (20…30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента; обладает малым тепловыделением. Белит в клинкере представляет собой твердый раствор b-двухкальциевого силиката (b-С2S) и небольшого количества (1…3%) Al2O3, Fe2O3, MgO, Cr2O3.

Содержание минералов-силикатовв клинкере портландцемента в сумме составляет около 75%, поэтому гидратация алита и белита в основном определяет технические свойства портландцемента. Остальные 25% составляет промежуточное вещество, заполняющее объем между кристаллами алита и белита. Промежуточное вещество состоит из кристаллов трехкальциевого алюмината С3А, алюмоферрита кальция C4AF, стекла и второстепенных минералов 12СаО×7Аl2O3 и др.

Трехкальциевый алюминат содержится в клинкере в количестве 4…12% и при благоприятных условиях обжига получается в виде кубических кристаллов размером до 10-15 мкм; образует твердые растворы сложного состава. Он очень быстро гидратируется и твердеет, но имеет небольшую прочность и наибольшую интенсивность тепловыделения. Является причиной сульфатной коррозии бетона, поэтому в сульфатостойком портландцементе содержание С3А ограничено 5%.

Четырехкальциевый алюмоферрит в клинкере содержится в количестве 10...20%. Алюмоферритная фаза промежуточного вещества клинкера представляет собой твердый раствор алюмоферритов кальция разного состава, в клинкерах обычных портландцементов ее состав близок к 4CaO×Al2O3×Fe2O3. По скорости гидратации минерал занимает промежуточное положение между алитом и белитом.

Производство портландцемента

 

Производство портландцемента включает в себя следующие основные этапы:

а) добычу в карьере и доставку на завод сырьевых материалов;

б) приготовление сырьевой смеси;

в) обжиг сырьевой смеси до спекания – получение клинкера;

г) помол клинкера с добавкой гипса – получение портландцемента.

Сырьевыми материалами для производства клинкера служат известняки с высоким содержанием СаСО3 (мел, известь, мергели и др.) и глинистые породы (глина, глинистые сланцы), содержащие SiO2, Al2O3, Fe2O3. Примерное соотношение между карбонатной и глинистой составляющими сырьевой смеси 3 : 1 (75% известняка и 25% глины). В сырьевую смесь вводят добавки, корректирующие химический состав, регулируя температуру спекания смеси и кристаллизацию минералов клинкера.

Приготовление сырьевой смеси состоит в тонком измельчении и смешении необходимого количества компонентов. Смесь приготовляют сухим, мокрым и комбинированными способами.

Обжиг сырьевой смеси как при сухом, так и при мокром способе осуществляется в основном во вращающихся печах (рис. 9.1), которые представляют собой длинный, расположенный слегка наклонно цилиндр (барабан), сваренный из листовой стали с огнеупорной футеровкой внутри. Длина печей от 95 до 230 м, диаметр 5-7 м.

Сырье, подготовленное в виде порошка (сухой способ) или шлама (мокрый способ) подается автоматическим питателем в печь со стороны ее верхнего (холодного) конца, а со стороны нижнего (горячего) конца вдувается топливо (природный газ, мазут, воздушно-угольная смесь), сгорающее в виде 20…30 метрового факела. Сырье занимает только часть поперечного сечения печи и при ее вращении (скорость 1…2 об/мин) медленно движется к нижнему концу навстречу горячим газам, проходя 6 температурных зон: испарения (зона сушки), подогрева, декарбонизации, экзотермических реакций, спекания, охлаждения.

Зона испарения (зона сушки), в ней происходит высушивание сырьевой смеси при постепенном повышении температуры с 70 до 200 °С. Подсушенный материал комкуется, при перекатывании комья распадаются на более мелкие гранулы.

Зона подогрева – здесь при постепенном нагревании сырья с 200 до 700 °С сгорают находящиеся в нем органические примеси, из глины удаляется кристаллохимическая вода (при 500 °С) и образуется безводный каолинит Al2O3×2SiO2.

Подготовительные зоны (испарения и подогрева) при мокром способе занимают 50 – 60 % длины печи, при сухом же способе подготовка сырья сокращается за счет зоны испарения.

Зона декарбонизации (20% длины печи) – здесь температура материала поднимается с 700 до 1100 °С, завершается процесс разложения карбонатов кальция и магния с выделением большого количества СаО, что сопровождается большим поглощением теплоты. В этой же зоне происходит распад глинистых минералов на оксиды Al2O3, SiO2 и Fe2O3, которые вступают в химическое взаимодействие с СаО и в результате образуются минералы 3СаО×Al2O3 и частично 2СаО×SiO2.

Зона экзотермических реакций (5-7 % длины печи, температура 1100 –1250°С) – в этой зоне проходят реакции образования 3СаО×Al2O3, целита и белита; эти экзотермические реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты и интенсивным повышением температуры материала.

Зона спекания – (10-15 % длины печи), здесь при температуре с 1300°С до 1450°С образуется расплав из легкоплавких минералов, в которых растворяются белит и СаО, из которых в расплаве происходит образование алита 3СаО×SiO2, идущее почти до полного связывания СаО. При вращении печи частично расплавленный материал непрерывно перекатывается, мелкие частицы слипаются в гранулы. Понижение температуры с 1450 до 1300°С вызывает кристаллизацию 3СаО×Al2O3, целита и MgO, которая заканчивается в зоне охлаждения.

Зона охлаждения – температура клинкера понижается с 1300 до 1000°С; здесь полностью формируется его структура и состав, включающий алит, белит, C3A, C4AF, MgO (периклаз), стекловидную фазу и второстепенные составляющие.

Цементный клинкер выходит из вращающейся печи в виде мелких зерен – гранул. На выходе из печи клинкер интенсивно охлаждается воздухом с 1000°С до 100…200 °С в колосниковых и других холодильниках. После этого клинкер выдерживается на складе 1-2 недели.

Помол клинкера производится при помощи трубной мельницы, представляющей собой барабан, облицованный внутри стальными броневыми плитами и разделенный дырчатыми перегородками на 2-4 камеры. Материал измельчается под действием загруженных в барабан стальных шаров или цилиндров.

При помоле к клинкеру добавляется гипс (так чтобы общее содержание SO3 в цементе не превышало 3,5%), который регулирует сроки схватывания портландцемента.

Готовый портландцемент – очень мелкий порошок темно-серого или зеленовато-серого цвета; на выходе из мельницы он имеет высокую температуру (80-120 °С) и направляется пневмотранспортом на хранение в силосы, где он выдерживается до окончательного охлаждения и гашения влагой воздуха остатков свободного СаО. Из силосов портландцемент поступает в специальный транспорт, а также на расфасовку в мешки.

 

Твердение портландцемента

 

При смешивании цемента с водой образуется цементное тесто, которое легко формируется и обладает пластичностью в течение 1-3 часов после его приготовления. Затем наступает период схватывания цементного теста, который заканчивается через 5-10 часов. При этом цементное тесто загустевает, теряет подвижность и в конце схватывания превращается в камень, но его прочность еще мала. Переход цементного теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало собственно твердения, сопровождающееся нарастанием прочности.

Твердение при благоприятных условиях длится годами – вплоть до полной гидратации цемента.

Процессы твердения портландцемента протекают сначала быстро, а потом замедляются. На 3-4 сутки цемент имеет 30 – 50 % марочной прочности; на 7-е сутки – 60 – 70 %, на 15-е – 85 % и на 28-е – 100%. В дальнейшем прочность продолжает нарастать и при благоприятных условиях за 2-3 года достигает 200 – 300 % марочной прочности. Тепловлажностная обработка (пропаривание) ускоряет процессы твердения портландцемента.

Регулирование содержания в клинкере основных минералов позволяет создавать цемент со специфическими свойствами. Например, для создания быстротвердеющих цементов необходимо увеличить содержание в них С3S и С3А, а для создания цементов с малым тепловыделением (используется для массивных гидротехнических сооружений) содержание С3S и С3А уменьшается.

 

Структура цементного камня

 

После затвердевания цементное тесто превращается в цементный камень, который включает в себя:

1. Продукты гидратации цемента: а) гель гидросиликата кальция и др. новообразования, обладающие свойствами коллоидов; б) кристаллы Са(ОН)2 и эттрингита;

2. Непрореагировавшие зерна клинкера, содержание которых уменьшается по мере гидратации цемента;

3. Поры: поры геля (размером менее 0,1 мкм); капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм), расположенные между агрегатами частиц геля; воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм).

Пористость цементного камня составляет примерно 30 – 50 %.

 

Технические характеристики портландцемента

1). Плотность. Истинная плотность в зависимости от вида и количества добавок составляет 2900 - 3200 кг/м3; насыпная (зависит от уплотнения): в рыхлом состоянии 900 - 1100 кг/м3, в уплотненном – до 1700 кг/м3.

2). Тонкость помола оценивается путем просеивания предварительно высушенной пробы цемента через сито №008; должна быть такой, чтобы через сито проходило более 85% массы пробы (удельная поверхность цемента при этом составляет 2500-3000 см2/г).

3). Сроки схватывания определяют, используя прибор Вика, путем погружения иглы этого прибора в цементное тесто нормальной густоты. Начало схватывания обычного цемента при температуре 20°С должно наступать не ранее 45 минут, а конец – не позднее чем через 10 часов от момента затворения вяжущего водой. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера к нему добавляют гипс. Замедлителямисхватывания являются также борная кислота, фосфаты и нитраты калия, натрия и аммония, СДБ и др. Ускорителямисхватывания являются карбонаты и сульфаты металлов, хлорид кальция, добавки в виде измельченного гидратированного цемента и др.

4).Равномерность изменения объема, которая качественно характеризует присутствие в цементе CaO и MgO, определяется на образцах, предварительно твердевших 24 часа и подвергнутых затем кипячению в течение 3 часов. Образцы после испытаний не должны иметь радиальных трещин, разрушений и искривлений.

5). Тепловыделение происходит при гидратации цемента. Зависит от состава клинкера и тонкости помола. Минерал С3А отличается быстрым и высоким тепловыделением; наоборот, белит выделяет тепло очень медленно. Увеличение тонкости помола усиливает тепловыделение в начале твердения в первые 7 суток. В тонких конструкциях теплота гидратации быстро рассеивается и не оказывает существенного влияния. Однако в массивных конструкциях, вследствие более интенсивного охлаждения внешней части бетона по отношению к внутреннему массиву, могут возникнуть опасные температурные напряжения (разность температур может быть более 400С). Чтобы избежать растрескивания, стремятся использовать низкотемпературные цементы, снижают расход цемента в бетоне, а в случае необходимости применяют искусственное охлаждение массива.

Тепловыделение может играть положительную роль при бетонировании в холодное время года по способу термоса, при этом выделяющаяся теплота способствует поддерживанию положительной температуры твердеющего бетона.

6). Прочностьпортландцемента характеризуется его маркой, которую определяют испытанием стандартных образцов-балочек размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 (по массе) пластичной консистенции. Через 28 суток комбинированного твердения (первые сутки в формах во влажном воздухе, затем после расформовки 27 суток в воде при температуре 20±2°С) образцы испытывают на изгиб и сжатие.

Активностью портландцемента называется предел прочности при осевом сжатии половинок образцов-балочек.

В зависимости от активности, с учетом предела прочности при изгибе, портландцемент подразделяется на марки 400, 500, 550, 600 (цифра соответствует округленной в меньшую сторону средней прочности при сжатии образцов-балочек, выраженной в кг/см2). У быстротвердеющих портландцементов нормируется не только 28-суточная, но и начальная 3-суточная прочность.

Условное обозначение цемента обычно состоит из наименования его вида (ПЦ – портландцемент, ШПЦ – шлакопортландцемент), марки, содержания добавок в % (Д0, Д5, Д20) и наличие специальных свойств (Б – быстротвердеющий, ПЛ – пластифицированный, ГФ – гидрофобный). Например, портландцемент марки 500, с добавкой до 20%, быстротвердеющий, пластифицированный имеет обозначение: ПЦ500-Д20-Б-ПЛ.

9.9. Долговечность цементного камня. Основные виды коррозии

 

Разрушение конструкций, изготовленных с применением цемента (бетонные, железобетонные, строительные растворы) обычно начинаются с разрушения цементного камня, стойкость которого, как правило, ниже стойкости заполнителей.

Разрушение может происходить под влиянием:

1. Физических явлений (насыщения водой, попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания и т.п.);

2. Химического взаимодействия цементного камня с агрессивными веществами, содержащимися в воде или в воздухе (магнезиальная и другие виды коррозии).

При выборе вида цемента для конкретного сооружения необходимо учитывать требования по морозостойкости, воздухостойкости и химической стойкости.

Морозостойкость цементного камня определяется не общей, а капиллярной его пористостью, поскольку вода, содержащаяся в порах цементного геля, не переходит в лед даже при сильных морозах. Уменьшение объема капиллярных пор резко повышает морозостойкость.

Воздухостойкость – способность цементного камня сохранять прочность в сухих условиях при сильном нагреве солнечными лучами, а также в условиях попеременного увлажнения и высыхания. Требование по воздухостойкости ограничивает применение цементов с активными минеральными добавками осадочного происхождения для надземных конструкций, работающих в сухих условиях.

 

Основные виды химической коррозии цементного камня

 

Коррозия может происходить под действием мягкой воды, растворов кислот, некоторых солей и кислых газов на составные части цементного камня, главным образом на Са(ОН)2 и 3СаО×Al2O3×6H2O. Встречающиеся на практике коррозии можно разделить на 3 вида:

1 - выщелачивание Са(ОН)2 ;

2 - образование легко растворимых солей при воздействии на Са(ОН)2 веществ, находящихся в окружающей среде;

3 - образование в цементном камне соединений, увеличивающихся в объеме.

Коррозия первого вида заключается в растворении и вымывании (выщелачивании) Са(ОН)2 при действии на цементный камень мягких вод, содержащих мало растворенных веществ (дождевая вода, вода горных рек, а также равнинных рек в половодье, болотная вода и т.п.). Вымывание Са(ОН)2 приводит к разложению гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и увеличению пористости. Потеря цементным камнем 15-30% Са(ОН)2 понижает его прочность на 40-50% и более. Выщелачивание можно заметить по появлению белых пятен (подтеков) на поверхности бетона. Наличие градиента давления воды на сооружение ускоряет процесс выщелачивания.

Для ослабления коррозии выщелачивания ограничивают содержание C3S до 50%. Главным средством борьбы с выщелачиванием является введение в цемент активных минеральных добавок и применение плотного бетона. Положительно сказывается выдерживание на воздухе 2-3 месяца бетонных свай, блоков и других элементов с целью образования на их поверхности защитного слоя из малорастворимого СаСО3 (происходит реакция Са(ОН)2 + СО2 ® СаСО3).

Коррозия второго вида может происходить в различных формах:

· Углекислотная коррозия развивается при действии на цементный камень воды, содержащей свободный СО2, разрушающий СаСО3 с образованием легко растворимого бикарбоната кальция Са(НСО3)2 :

СаСО3 + (СО2)своб.+ Н2О = Са(НСО3)2.

· Общекислотная коррозия происходит при взаимодействии растворов, имеющих рH<7 (почти все кислоты за исключением поликремневой и кремнефтористоводородной) с Са(ОН)2 с образованием легко растворимых солей (СаCl2, гипс CaSO4×2H2O и др.):

Са(ОН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O; Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4×2H2O.

Свободные кислоты часто встречаются в сточных водах, а также образуются из кислых газов в выбросах промышленных предприятий.

Бетон из портландцемента защищают от непосредственного воздействия кислот при помощи слоев из кислотоупорного цемента.

· Магнезиальная коррозия наступает при воздействии на Са(ОН)2 магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах и морской воде:

Са(ОН)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(ОН)2;

Са(ОН)2 + MgSO4 + H2O = CaSO4×2H2O + Mg(ОН)2.

В результате этих реакций образуется растворимая соль, легко вымываемая из бетона.

· Воздействие органических кислот. Органические кислоты быстро разрушают цементный камень. Большой агрессивностью отличаются уксусная, молочная и винная кислоты. Так же вредны жирные кислоты (олеиновая, стеариновая и др.) и масла, содержащие кислоты (льняное, хлопковое, рыбий жир). Нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут и др.) не представляют опасности для бетона из портландцемента, если они не содержат нафтеновых кислот или соединений серы. Однако надо учитывать, что нефтепродукты легко проникают через бетон.

· Воздействие минеральных удобрений. Особенно вредны аммиачные удобрения – аммиачная селитра и сульфат аммония, которые действуют на Са(ОН)2 с образованием хорошо растворимого нитрата кальция. Из фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат.

Коррозия третьего вида возникает при действии на бетон растворов сульфатов и едких щелочей.

· Сульфоалюминатная коррозия (разновидность сульфатной коррозии) происходит при действии на гидроалюминат цементного камня морской воды, грунтовых и других минерализованных вод, содержащих сульфатные ионы:

3CaO×Al2O3×6H2O + 3CaSO4 + 25H2O = 3CaO×Al2O3×3CaSO4×31H2O.

Кристаллизация образующегося в результате реакции минерала эттрингита сопровождается увеличением объема в несколько раз, что может вызвать разрушение затвердевшего цементного камня. Для борьбы с этим видом коррозии используют специальные сульфатостойкие портландцементы, применяемые в плотном бетоне.

· Щелочная коррозия может происходить в двух формах: под действием концентрированных растворов щелочей на цементный камень и под влиянием щелочей, имеющихся в клинкере цемента.

При действии растворов щелочей (NaOH, KOH) может происходить карбонизация щелочи в порах цементного камня за счет воздействия СО2 воздуха. Возникающее кристаллизационное давление разрушает структуру цементного камня.

Коррозия, вызываемая щелочами цемента, происходит вследствие процессов, протекающих внутри бетона между его компонентами. Цементный клинкер содержит щелочные соединения, которые могут вступать в реакцию с некоторыми модификациями кремнезема (опал, халцедон и др.), встречающимися в заполнителе бетона. В результате образуются набухающие студенистые отложения белого цвета на поверхности зерна заполнителя, что может вызвать разрушение бетона. При наличии в заполнителе такого кремнезема применяют портландцемент с содержанием щелочей менее 0,6% и вводят в цемент активные минеральные добавки (диатомит, трепел и др.), химически связывающие щелочи.

Основной комплекс мер защиты цементного камня от коррозии:

· повышение плотности цементного камня;

· выбор специальных вяжущих;

· введение добавок, изменяющих структуру цементного камня, уменьшающих водопотребность и т.д.;

· обработка поверхностного слоя (флюатирование, гидрофобизация, силикатизация и т.д.), а также инъекция растворов в толщу конструкции (цементация, битумизация, смолизация, силикатизация и т.д.);

· защита поверхности от агрессивной среды при помощи окраски, оклейки, оштукатуривания различными гидроизоляционными материалами, а также торкретированием и облицовкой керамикой или металлом.


9.10. Специальные виды цемента

 

Для получения портландцемента с заданными специальными свойствами используются следующие основные меры: регулирование минерального состава и структуры клинкера; введение минеральных и органических добавок; оптимизация тонкости помола и зернового состава цемента.

 

Разновидности быстротвердеющих портландцементов

 

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) отличается от обычного более быстрым нарастанием прочности: через 3 суток имеет прочность около 25-28 МПа, т.е. более половины его марочной 28-суточной прочности (40 и 50 МПа). БТЦ получают путем измельчения (с добавкой 3-5% гипса) алито-алюминатного клинкера (сумма C3S и C3A = 60-65%). БТЦ – один из основных видов вяжущих для изготовления сборного железобетона. Используется также в монолитных немассивных железобетонных конструкциях для ускорения набора прочности, в особенности при зимнем бетонировании. Непригоден для массивных конструкций.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент (ОБТЦ) в возрасте 1 сутки имеет прочность 20-25 МПа, 3 суток – 40 МПа. Столь быстрый рост прочности обусловлен высоким содержанием C3S (65-68%) при умеренном количестве C3А (до 8%) и высокой тонкостью помола (удельная поверхность цемента около 4000см2/г). Применение ОБТЦ в высокопрочных бетонах марок М500 – М600 снижает на 15-20% расход цемента, сокращает время и энергозатраты на тепловую обработку железобетонных изделий.

Сверхбыстротвердеющий цемент (СБТЦ) быстро схватывается, отличается от БТЦ значительно более высокой ранней прочностью, превышающей через 6 часов после затворения водой 10 МПа. Применение СБТЦ дает возможность через 1-4 часа получать без тепловой обработки прочность бетона, достаточную для распалубки изделий. Для изготовления СБТЦ требуется вводить в сырьевую смесь галогеносодержащие вещества (например, фторид или хлорид кальция) и повышать содержание алюминатов.

 

Сульфатостойкие портландцементы

 

Изготовляют на основе клинкера нормированного минерального состава (ограничивается содержание в клинкере алита, трехкальциевого алюмината и оксида магния) и применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, обладающих коррозионной стойкостью при воздействии сред, содержащих опасный уровень сульфатов.

Подразделяют на следующие виды: сульфатостойкий портландцемент марки 400; сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками марок 400 и 500; сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400; пуццолановый портландцемент марок 300 и 400.

Первый вид может также использоваться для бетонов повышенной морозостойкости. Сульфатостойкие шлакопортландцементы и пуццолановый портландцемент обычно применяют для подземных или подводных частей сооружений, подвергающихся сульфатной коррозии. Благодаря пониженному тепловыделению могут использоваться для бетонирования массивных гидротехнических сооружений.

 

Портландцементы с минеральными добавками

 

Активными минеральными добавками (АМД) называются природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном виде с известью и затворении водой образуют тесто, которое после начального твердения на воздухе может продолжать твердеть и под водой.

АМД (называемые иначе гидравлическими добавками) содержат SiO2 в аморфном, а следовательно, в химически активном состоянии и поэтому способны взаимодействовать с Са(ОН)2, образуя гидросиликаты кальция.

В качестве природных АМД используются осадочные горные породы (диатомит, трепел, опока, глиежи), а также вулканические породы (туф, вулканический пепел, пемза, витрофир, трасс). Искусственные АМД представляют собой побочные продукты и отходы промышленности: быстроохлажденные (гранулированные) доменные шлаки, белитовый (нефелиновый) шлам, зола-унос.

АМД химически связывают растворимый в воде Са(ОН)2, выделяющийся при твердении портландцемента, при этом повышается плотность и водостойкость цементного камня, возрастает его сопротивление коррозии.

Портландцемент с АМД до 20% имеет те же марки, что и бездобавочный портландцемент и близок к нему по своим свойствам.

Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола портландцементного клинкера и АМД с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения должно быть от 20 до 30%, а вулканического – от 25 до 40%. Химическое связывание Са(ОН)2 происходит по реакции:

m Са(ОН)2 + SiO2(акт) + n H2O → (0,8÷1,5)CaO×SiO2×pH2O,

образуя практически нерастворимый силикат кальция. В результате значительно возрастает стойкость бетона к коррозии 1-го типа.

Пуццолановый портландцемент следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воздухе такой бетон дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию.

Пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент, особенно при низких температурах. Он обладает небольшим тепловыделением, и поэтому его часто используют для бетонирования внутренних частей массивных сооружений (плотин, шлюзов и т.п.).

Шлакопортландцемент производится путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного (или электротермофосфорного) шлака с необходимым количеством гипса. Имеет марки 300, 400, 500.

Доменные шлаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. Количество доменного шлака в шлакопортландцементедолжно быть от 21 до 80% массы цемента (допускается замена до 10% шлака трепелом или другими АМД).

Гранулированный шлак, взаимодействуя с Ca(OH)2, образует низкоосновные гидросиликаты СаО×SiO2×2,5H2O и гидроалюминаты 2СаО×Al2O3×8H2O кальция. Процесс твердения шлакопортландцемента значительно ускоряется при тепловлажностной обработке.

Шлакопортландцемент более стоек в мягких и сульфатных водах, по сравнению с портландцементом. Тепловыделение при твердении в 2 – 2,5 раза меньше, чем у пуццоланового портландцемента, поэтому шлакопортландцемент хорошо подходит для бетонов массивных конструкций. Шлакопортландцемент выгодно отличается от пуццоланового портландцемента умеренной водопотребностью, более высокой воздухо- и морозостойкостью. Применяется для наземных, подземных и подводных частей сооружений.

Однако, шлакопортландцементу присущ тот же недостаток, что и пуццолановому портландцементу – он медленно набирает прочность в первое время твердения, в особенности при низких температурах. Этот недостаток устраняется в быстротвердеющем шлакопортландцементе (имеет марку 400), который за трое суток приобретает прочность более 20 МПа.

 

Портландцементы с органическими добавками

 

Такие цементы изготовляют, вводя при помоле клинкера поверхностно-активные добавки, которые можно подразделить на гидрофилизирующие и гидрофобизирующие.

К гидрофилизирующим добавкам (которые улучшают смачивание частиц цемента водой и одновременно ослабляют силы взаимного сцепления между частицами вяжущего) относят сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ), состоящую из лигносульфоната кальция (ЛСТ).

К гидрофобизирующим (т.е. водоотталкивающим) добавкам относят мылонафт, асидол, синтетические жирные кислоты и их соли.

Введение гидрофилизирующих и гидрофобизирующих добавок повышает пластичность, подвижность бетонных смесей и качество бетона.

Пластифицированный портландцемент – изготавливают путем введения при помоле клинкера около 0,25% СДБ (в расчете на сухое вещество), в результате растворам и бетонным смесям придается повышенная подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения (В/Ц) и повышения плотности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона. При неизменном В/Ц появляется возможность снизить расход цемента.

Гидрофобный портландцемент – изготавливают, вводя при помоле клинкера 0,1–0,2% мылонафта или других гидрофобизирующих добавок. Эти вещества, адсорбируясь на частицах цемента, понижают его гигроскопичность, поэтому такой цемент может долго храниться в очень влажных условиях, сохраняя свою активность.

Гидрофобизирующие вещества действуют и как пластификаторы, повышая подвижность бетонных смесей. После затвердевания бетона они существенно повышают его водо- и морозостойкость, увеличивают стойкость к коррозии.

 

Белый и цветные портландцементы

 

Это декоративные цементы, их основой является белый клинкер, который изготавливают из чистых известняков и белых глин, почти не содержащих оксидов железа или марганца. Обжигают сырьевую смесь газовым топливом. По степени белизны подразделяются на 3 сорта, имеют марки по прочности 400 и 500.

Цветные портландцементы (желтый, розовый, красный и др.) получают совместным помолом белого клинкера с соответствующими стойкими минеральными пигментами.

Белые и цветные цементы применяются для индустриальной отделки стеновых панелей, при изготовлении лестничных ступеней, цементно-бетонных покрытий площадей и для архитектурно-художественного оформления зданий и сооружений.

 

Цементы для строительных растворов

(кладочные цементы)

 

Изготавливают совместным помолом клинкера и минеральных добавок, взятых примерно в равных количествах или в соотношении до 30% клинкера и 70% добавок. При помоле могут вводиться пластификаторы.

Получаются низкомарочные цементы (активность в 2-3 раза меньше портландцемента), прочность которых достаточна для кладочных и штукатурных работ. Основное достоинство – экономия дорогого клинкера и в результате низкая стоимость таких цементов.

9.11. Глиноземистый цемент

 

Глинозёмистый цемент по минеральному составу и техническим свойствам существенно отличается от портландцемента. Глиноземистый цемент – это быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция.

Для получения клинкера глинозёмистого цемента сырьевую смесь, составленную из известняка CaCO3 и боксита Al2O3×nH2O подвергают спеканию (температура около 1300oC) или плавлению (1400oC).

Трудность помола клинкера (требуются большие энергозатраты), а также ценность бокситов обуславливают высокую стоимость глинозёмистого цемента и ограничивают его выпуск.

Глинозёмистый цемент обладает высокой прочностью, если он твердеет при умеренной температуре (не более 25oC), поэтому его нельзя применять для бетонирования массивных конструкций из-за разогрева бетона, а также подвергать тепловлажностной обработке.

В процессе твердения глинозёмистого цемента образуется высокопрочное вещество – двухкальциевый гидроалюминат:

2(CaO×Al2O3) + 11H2O = 2CaO×Al2O3×8H2O + 2 Al(OH)3.

Глинозёмистый цемент обладает очень быстрым твердением. Марки глинозёмистого цемента устанавливаются по результатам испытаний образцов трехсуточного возраста и имеют значения 400, 500 и 600. Уже через 1 сутки прочность на сжатие превышает половину марочного значения. При этом глинозёмистый цемент обладает нормальными сроками схватывания: начало – не ранее чем через 30 минут, а конец – не позднее чем через 12 часов после затворения. Тепловыделение глинозёмистого цемента при твердении в 1,5 больше, чем у портландцемента (250 – 370 кДж/кг).

В продуктах гидратации глинозёмистого цемента не содержится Ca(ОН)2 и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (если температура твердения не превышает 25oC), поэтому бетон на глинозёмистом цементе обладает высокой коррозионной стойкостью в сульфатной, морской и углекислой водах. Однако сильные кислоты и концентрированные растворы щелочей могут разрушить этот цемент.

Глинозёмистый цемент обычно применяют в специальных сооружениях, при быстрых ремонтных и монтажных работах, для изготовления жаростойких бетонов и растворов. Кроме того, он входит в состав многих разновидностей расширяющихся цементов.


9.12. Расширяющиеся и безусадочные цементы

 

Водонепроницаемый расширяющийся цемент – является быстросхватывающимся и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим. Его получают путем тщательного смешивания глиноземистого цемента (~70%), гипса (~20%) и молотого специально изготовленного высокоосновного гидроалюмината кальция (~10%). Впервые был применен для зачеканки швов тюбингов Московского метрополитена взамен свинца.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент – быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким измельчением высокоглиноземистого клинкера или шлака и природного двуводного гипса (до 30%). Обладает свойствами расширения при твердении в воде; при твердении на воздухе он проявляет безусадочные свойства. Применяется для омоноличивания стыков сборных конструкций, гидроизоляционных штукатурок, плотных бетонов в железобетонном судостроении и при возведении емкостей для хранения нефтепродуктов.

Расширяющийся портландцемент – гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера (58–63%), глиноземистого шлака или клинкера (5–7%), доменного гранулированного шлака или других АМД (23–28%). Отличается быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня, а также способностью расширяться в водных условиях или на воздухе при постоянном увлажнении в течение первых 3 суток.

Напрягающий цемент – состоит из 65–75% портландцемента, 13– 20% глиноземистого цемента, 6 – 10% гипса. Име





Читайте также:
Ограждение места работ сигналами на перегонах и станциях: Приступать к работам разрешается только после того, когда...
Понятие о дефектах. Виды дефектов и их характеристика: В процессе эксплуатации автомобилей происходит...
Обряды и обрядовый фольклор: составляли словесно-музыкальные, дра­матические, игровые, хореографические жанры, которые...
Фразеологизмы и их происхождение: В Древней Греции жил царь Авгий. Он был...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2020 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.062 с.